S型铺管船张紧器控制系统仿真试验台设计

以2 000kN张力的深水铺管船用张紧器为研究对象,结合其工作环境设计了张紧器的驱动系统和监控系统。研制了张紧器控制系统的半实物仿真试验台,由电机试验台和电控系统试验台2部分组成,模拟波浪作用和电机的恒张力控制。为深入研究张紧器的电控系统奠定了基础,可促进深水铺管船用张紧器的产业化。     

电驱式张紧器恒张力控制系统研究与开发

阐述了张紧器的结构和工作原理,研究了基于变频电动机驱动的恒张力控制系统和实施方案,提出了基于压力、速度闭环控制的恒张力控制方案和基于压力门限值控制的恒夹紧力控制策略。在上述研究的基础上,开发出150kN原理样机并进行试验验证。结果表明,电驱式张紧器恒张力控制系统具有振幅小、稳定时间短的特性;控制系统的关键因素与铺管(缆)船的运动特性有关,通过控制界面增加增益P和动态偏差cn的设定值,可提高控制系统的响应特性,减小超调量,缩短稳定时间。     

海洋铺管船用张紧器的总体设计

为了提高我国海洋管道铺设能力,特别是深海管道铺设能力,在简要介绍国内外铺管船用张紧器的应用情况之后,对海洋铺管船用张紧器进行了国产化研究。经反复研究和论证,确定了海洋铺管船用张紧器的基本参数、总体结构方案和总体控制系统方案。最后给出了张紧器部分零部件的三维设计图。     

海洋脐带缆张紧器总体方案设计

在海洋油气开发过程中需要通过脐带缆完成通信、电信号传输及液体注入等。张紧器是铺设脐带缆的关键设备之一,可以保障脐带缆的恒张力铺设。综述了两履带上下或水平布置、三履带对中布置、四履带对中布置3种形式的脐带缆张紧器应用优缺点,对比了各脐带缆张紧器的性能参数。针对海洋脐带缆铺设特点,设计了四履带对中式脐带缆张紧器的总体结构方案及其履带机构总成、驱动系统。研究成果对形成适合我国海洋脐带缆铺设作业技术,满足我国海洋油气田开发需要具有指导意义。     

海洋铺管船用张紧器内悬架的设计与分析

海洋铺管船用张紧器内悬架装置是张紧器设备研发中的关键部件。对内悬架装置中的关键机构和部件进行了计算和校核,并对内悬架中主框架进行了有限元分析,设计出了通用性较好的内悬架装置,使之能更好地满足实际需要。     

海洋铺管船用张紧器的履带板设计与分析

针对我国海洋深水铺管船用张紧器相关技术研究和产品开发还处于空白状态的现实情况,经过对国外技术详细调研和总结,完成了张紧器的三维模型设计。张紧器的主要压紧机构是由履带板组成的履带系统,履带板的结构决定着张紧器的主要性能。利用Pro/E软件建立了履带板的力学模型,并在此基础上进行结构设计,最后应用ANSYS软件对设计的结构进行有限元分析。分析结果表明,所设计的履带板结构合理,此方法对今后设计其他规格张紧器的履带板具有借鉴意义。     

基于反冲响应的深水钻井隔水管张紧力计算方法

张紧力是深水钻井隔水管系统作业的安全的关键因素,尤其对隔水管系统紧急脱离作业安全影响显著,但目前的隔水管张紧力设计方法（包括API算法、底部残余张力算法以及下放最大钩载算法）均未考虑隔水管系统的反冲问题。为此,基于隔水管系统反冲响应,确定了隔水管张紧力设计准则,提出了张紧力修正API算法及计算流程,并通过实例分析验证了修正API算法的可行性。研究结果表明,修正API算法可为隔水管系统提供合理的张紧力,改善了隔水管紧急脱离反冲过程中的隔水管底部总成位移、张紧器冲程以及有效张力波动范围,从而提高了紧急脱离后隔水管系统的安全性,有效保证了深水钻井隔水管系统紧急脱离作业的安全。      

四履带张紧器恒张力控制建模与仿真

四履带张紧器是深海脐带缆铺设系统中的关键设备,而恒张力控制技术是张紧器的核心技术。通过分析张紧器的恒张力控制系统,提出了四履带张紧器的恒张力控制数学模型。利用AMESim软件搭建四履带张紧器的恒张力控制系统模型,仿真验证了恒张力控制的有效性,研究了张紧器在不同海况下恒张力控制参数的设定规律,为进一步研究PID自适应控制算法提供分析数据。     

基于AMESim的平台隔水管张紧器建模与仿真研究

在简要介绍深水平台隔水管张紧器结构和工作原理之后,通过分析张紧器气体状态参数变化规律、液压管线压降及液压缸内摩擦力,得到张紧力及张紧器刚度计算公式。以建立的数学模型为基础,基于AMESim软件建立张紧器仿真模型,并以国外一种直接作用式张紧器为例进行实例计算,研究不同参数对张紧器性能的影响。研究结果表明,张紧力随活塞冲程的变化是非线性的,但线性化的张紧力变化曲线与非线性变化曲线基本一致,张紧器的特性类似线性弹簧;高压气体体积和压力对张紧力和张紧器刚度变化起主要作用,增大空气瓶体积不影响张紧器活塞零冲程位置的张紧力,但可以减小张紧器刚度并减缓刚度随活塞冲程的变化,增加张紧力的稳定性。     

隔水套管张紧系统配置方案分析

以91.44 m自升式钻井平台为目标,采用有限元软件对90 m水深的隔水套管在不同顶部张力的情况下进行力学分析,给出了隔水套管的优化配置及顶部的推荐张紧力和行程。将受到顶部张力的隔水套管简化为位于垂直平面内的梁模型,入泥端简化为固定铰支约束,选用Pipe31单元进行分析。分析结果表明,自升式平台用套管张紧器的配置应根据系统的具体工况进行分析,确定隔水套管的配置,然后按API 16Q规范的设计准则确定张紧器的额定张紧力和油缸行程;随着隔水套管顶部张紧力的增加,隔水套管的横向变形、泥线处弯矩都相应减小。     

引进中直缝焊管生产线飞剪机液压系统分析

本文利用机电一体化系统控制逻辑分析法［１］，分析了引进中直缝焊管生产线飞剪机组的液压系统，对飞剪小车的驱动部分、主轴传动机构、进刀机构也作了简要分析，在控制逻辑分析中，给出了进刀机构电液伺服系统控制方块图。     

深水多功能管道维修机具夹紧装置的研制

为了解决深水海域多功能管道维修机具作业时稳定夹紧管道以及刀盘与管道保持同心的技术难题,提出了"双臂"抱紧式自定心管道夹紧装置的设计方案。该方案由两组对称的平行四边形双摇杆机构和摇块机构组成;以运动和传动为约束条件,对夹紧装置几何参数的求解进行了研究,建立了夹持点摩擦力矩与驱动力关联力学模型;以管径介于304.8~457.2 mm的管道为实例,设计制造了夹紧装置及机具,并进行了水下作业ADMAS仿真及陆上切割与坡口试验。结果表明:①油气管道管径越小,夹紧装置摇块机构的传动角越小,液压缸行程和双摇杆机构的传动角越大;②夹紧装置驱动力随油气管道管径的增加而增加,当管径达到457.2 mm时,夹紧装置液压缸驱动力应大于10 219 N;③初始切割管道时,机具将产生微小晃动,使刀具进给量突然增大,此时应采用小进给方式;④陆上试验结果与理论设计和仿真结果的吻合度较高,验证了该方案的合理性。该项成果为相关工程样机的研制奠定了技术基础。     

井下注剂用小直径管起下装置的研制

针对目前国内小直径管井下注剂设备配套工具不完整,不能满足现场使用要求的情况,研制了井下注剂用小直径管起下装置。该装置采用可正反向旋转的液马达驱动主轴的方案,通过同步齿轮带动链条,夹紧机构使链条上的夹块夹住小直径管,由液压系统实现整个操作与控制,从而使装置上下运动。井场模拟试验表明,井下注剂用小直径管起下装置可完全满足小直径管起下作业的要求,且可避免小直径管管体的变形和损坏。     

欠平衡钻井计算机伺服控制节控箱试验研究

为了适应我国西北地区油田开展欠平衡钻井技术工程的特点 ,研制成计算机伺服控制节控箱。节控箱采用机电液一体的控制方式 ,用压力传感器、位移传感器采集立压、套压、阀开度信号 ,由计算机根据控制压力与实际压力的差异调节液压伺服系统的动作 ,控制液动节流阀的开关 ,将立管、套管压力控制在限定范围内。油田试验表明 ,新研制的计算机伺服控制节控箱克服了现用节控箱的不足 ,压力控制误差小于± 0 5MPa ,完全满足欠平衡钻井对立压和套压精确控制的要求     

微小井眼电机驱动CT牵引器控制系统设计

微小井眼连续管(CT)井下作业技术在钻井、测井、修井、完井、气举采油等方面优势突出,但因微小井眼直径小,CT在井眼中不旋转,井下遇阻严重,送进困难,严重影响该项钻井技术的应用与推广。在分析国内外牵引器研究现状的基础上,设计了一种微小井眼井下电机驱动CT牵引器控制系统。该系统直接利用4个伺服电机驱动与控制牵引器牵引井下CT下入和取出,减少了利用循环液驱动时对液压能的依赖性和利用循环液压阀来控制管路的复杂性,节省了液压管路的空间,使作业过程能正常循环井底液体。CT牵引器控制系统适用于小井眼井下牵引作业,稳定性好,牵引灵活,牵引速度快,解决了因井下CT摩阻较大,下入和取出困难等技术难题,增加了CT在井下的延伸长度,将促进我国微小井眼CT井下作业技术发展。     

电驱动绞车无级调速系统的设计

ＡＣ－ＳＣＲ－ＤＣ驱动方式是目前钻机最好的驱动传动方式,通过对直流电机的功率,扭矩特性和绞车所需的功率,扭矩特性进行对比分析,得出直流电机只能在恒功率调速范围内工作时,才能符合绞车的功率,扭矩特性。     

TDB液压堵水调剖泵

TDB液压堵水调剖泵由液压控制系统、往复泵、冷却系统及底座等几大部分组成,采用液压传动原理将电动机的高速旋转机械能通过恒功率变量泵转换成液压油的压力能,再由液压缸将液压油的压力能通过活塞直接转换成工作液的压力能,由此改变了传统的机械传动链,减少了传动环节,实现了能量的高效率传递。恒功率变量泵的特点,决定了泵的排量随地层压力的升高而降低,非常适合堵水调剖作业。现场试验证明,TDB液压堵水调剖泵具有运行平稳、振动小、自吸能力强、易损件寿命长、对堵剂的剪切率小、堵水调剖及注聚节能效果良好等特点。     

大型中频加热弯管机摇臂回转装置设计及应用

目前国内大型中频加热弯管机大多采用机械传动,弯管进给速度选取受到限制,难以得到适宜的工艺参数,且设备造价高,生产效率和自动化程度低。为此,研制了弯管机的核心部件———摇臂回转装置。该装置采用液压系统提供动力,驱动力大,可靠性高;采用滚珠轴承式旋转支承作为回转定位元件,回转精度高;采用夹紧液压缸对大滑台工作台定位和小滑台对夹头定位,确保弯管弯曲半径的精度;采用DLY5—100A牙嵌式电磁离合器,实现摇臂驱动装置传动链的闭合与断开。现场应用表明,该设备具有结构合理、性能可靠、自动化程度高、生产效率高、易于操作等特点,生产弯管的外观质量和理化指标符合《钢制弯管》的要求。